Hukum Faraday: Pengertian, Bunyi, Rumus dan Contoh Soalnya

Hukum Faraday merupakan hukum dasar Elektromagnetisme yang menyatakan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Hal itu juga berlaku sebaliknya, bahwa medan magnet juga dapat menghasilkan arus listrik.

Hukum faraday juga menjelaskan hubungan jumlah listrik yang digunakan dengan Massa Zat yang merupakan hasil pada reaksi elektrolisis baik pada Anoda ataupun Katoda.

Teori Faraday juga disebut teori Kuantitatif Elektrolisis. Hukum Faraday pertama kalinya diperkenalkan oleh seorang ilmuwan Inggris, Michael Farady pada tahun 1834, hingga saat ini Michael Faraday mendapat julukan bapak listrik.

Hukum Faraday lah yang selama ini menjadi dasar pada prinsip kerja inductor, Olenoid, motor listrik, transformator dan generator listrik. Hukum faraday juga lebih umum disebut dengan Hukum Induksi Elektromagnetik.

Induksi elektromagnetik merupakan gejala munculnya gaya Tarik listrik atau (ggl) dalam suatu kumparan jika ada perubahan fluks magnetik dalam konduktor pada kumparan itu atau jika konduktor bergerak melintasi medan magnet.

Percobaan Faraday

Pada eksperimen atau percobaan Faraday, bapak listrik mengambil sebuah magnet serta sebuah kumparan yang dihubungkan dengan galvometer. Awalnya magnet diletakkan dengan jarak yang tidak terlalu jauh dari kumparan, sehingga defleksi dari galvometer tidak ada. Jarum pada galvometer tetap pada angka 0. Saat magnet digerakkan menuju kumparan, jarum galvometer bergerak pada arah tertentu yakni ke kanan.

Selanjutnya saat magnet berhenti pada posisi tersebut, jarum pada galvometer kembali ke posisi 0. Akan tetapi, saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum pada galvometer kembali bergerak namun ke arah berlawanan dengan sebelumnya, yaitu kiri. Ketika maghnet berhenti lagi, maka jarum tersebut juga Kembali lagi pada angka 0. Hal tersebut juga terjadi Ketika kumparan yang bergerak ke arah magnet, galvometer juga menunjukkan defleksi dalam cara yang sama.

Dari eksperimen tersebutlah, Michael Faraday menemukan bahwa makin cepat perubahan medan magnet maka makin besar juga gerak listrik pada kumparan.

Bunyi Hukum Faraday

Dari percobaan yang telah dilakukan oleh Michael Faraday di atas, maka Faraday menyimpulkan dua pernyataan yang selanjutnya disebut dengan Hukum Faraday 1 atau Hukum Induksi Elektromagnetik Farady 1 dan Hukum Faraday 2 atau Hukum Induksi Elektromagnetik 2. Adapun bunyinya sebagai berikut ini:

Hukum Faraday 1

Massa Zat yang dilepaskan serta dihasilkan dalam elektroda saat elektrolisis sesuai dengan jumlah muatan listrik yang diberikan pada elektroda tersebut. Sehingga jumlah listrik adalah muatan listrik dengan satuan Coulomb (C).

Dari penyataan tersebut, dapat dituangkan dalam persamaan sederhana, yaitu seperti di bawah ini:

W (elektrolisis)  ~ Q (muatan listrik)

Q = i x t

Keterangan:

i =  arus listrik yang dihasilkan

t =  waktu yang diperlukan.

Sehingga, massa zat yang dihasilkan Ketika proses elektrolisis disimpulkan sebanding dengan kuatny arus listrik serta lamanya waktu yang terjadi.

W ~ i x t

Arus listrik yang digunakan ketika proses elektrolisis sebanding dengan jumlah mol elektron pada reaksi redoks (n_e).

Sehingga, hubungan muatan listrik dan reaksi redoks dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

Q = n_e x F

Hukum Faraday 2

Dari proses elektrolisis menghasilkan massa zat yang mempunyai nilai sebanding atau sesuai dengan masa ekuivalen unsur atau zat tersebut.

Dari kedua hukum tersebut, banyak juga yang menyimpulkan seperti di bawah ini:

Adanya perubahan pada medan magnet di kumparan, maka menyebabkan GGL atau gaya gerak listrik induksi yang sesuai dengan laju dari perubahan fluks.

Dari pernyataan di atas maka dapat dituangkan dalam persamaan:

Keterangan :

G : massa zat hasil dari elektrode dalam proses elektrolisis (gram)

i : kuat arus listrik yang dipakai (A)

t : lamanya waktu berlangsungnya pembuatan zat (second)

M_ek : massa ekuivalen pada zat (gram / mol)

F : konstanta Faraday yakni 96.500 coulomb/mol

Rumus Hukum Faraday

Keterangan :

Ε = GGL induksi  (volt)

N = Jumlah lilitan pada kumparan

∆ɸ = Perubahan fluks pada magnet (weber)

∆t = selang waktu (s)

Tanda negative menunjukkan arah GGL (gaya gerak listrik) induksi.

Faktor  yang Mempengaruhi Besarnya GGL (Gaya Gerak Listrik)

Besar kecilnya GGL (Gaya Gerak Listrik) dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti di bawah ini:

1. Jumlah lilitan yang ada pada kumparan, semakin banyak lilitan yang ada pada kumparan, maka semakin besar pula tegangan yang diinduksikan.
2. Kecepatan pada gerak medan magnet, semakin cepat fluks atau garis gaya medan magnet yang mengenai konduktor, maka semakin besar pula tegangan induksinya
3. Fluks atau garis gaya magnet, semakin besar jumlah fluks atau jumlah garis gaya medan magnet yang mengenai konduktor, maka semakin besar pula tegangan induksinya.

Penerapan Hukum Faraday Kimia

Induksi dimanfaatkan pada pembangkit energi listrik yang diterapkan pada dynamo dan generator. Dalam kedua hal tersebut terdapat magnet juga kumparan. Magnet atau kumparan yang bergerak memutar menimbulkan perubahan jumlah garis gaya magnet di kumparan. Energi mekanik yang ditimbulkan dynamo dan generator dirubah menjadi energi gerak rotasi dan menyebabkan GGL induksi tercipta secara terus menerus dan berulang secara periodic.

Dinamo dan generator dibedakan menjado dua yakni generator/dynamo bolak balik (AC) dan generator juga dynamo arus searah (DC). Alat pembangkit listrik dengan arus bolak balik paling sederhana yaitu dinamo sepeda.

Contoh Soal serta Pembahasan Hukum Faraday

Contoh soal 1:

Sebuah benda logam yang terlapisi tembaga ditempakan dalam suatu larutan CuSO4. Pertanyaannya yaitu berapakah Massa tembaga yang dihasilkan apabila arus 0,22 A mengalir melewati sel selama hampir 90 menit/1,5 jam ?

Jawab:

Muatan listrik melewati sel yaitu

(0,22 A) x  (5400 s) = 1200 C

Atau juga dapat ditulis menjadi:

1200 C + 96599 cF^’1 = o, 012 F

Dikarenakan reduksi 1 Mol Ion CU² membutuhkan penambahan sebanyak 2 Mol elektron maka Massa Cu yang dihasilkan yakni:

63,54 g mol¹ x 0,5 mol Cu/F x 0,012 F = 0,39 g tembaga

Jadi, massa tembaga yang dihasilkan adalah 0,39 g.

Contoh soal 2:

Pada sebuah kumparan terdiri atas 50 lilitan, fluks magnet pada kumparan tersebut berubah sebesar 5×10^-3 weber dalam kurun waktu 10ms/milidetik. Berapa GGL atau Gaya Gerak Listrik induksi pada kumoaran tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

N atau jumlah lilitan : 50

Selang waktu / ∆t : 10 ms = 10×10 ^-3

∆ɸ: 5 x 10-³ weber

GGL induksi (ε) yaitu ?

Jawab:

ε= -N (∆ɸ/∆t)

ε= -50 (  / 10 x 10^-3)

ε = -50(0,5)

ε = -25V

sehingga, GGL atau Gaya Gerak Listrik induksinya yaitu -25V.

Sesuai dengan Hukum Faraday, GGL induksi mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Hukum Faraday merupakan awal dari listrik di dunia, penerapan Hukum Faraday memiliki fungsi yang teramat banyak bagi kehidupan sehari-hari.